晶闸管及其整流电路

1、第六节 晶闸管及其整流电路晶闸管又称可控硅，是目前半导体器件从弱电进入强电领域，制造技术最成熟、应用最广泛的器件之一。晶闸管分普通晶闸管和特种晶闸管，特种晶闸管有快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管等，人们所说的晶闸管是指普通型晶闸管。一、晶闸管的外形、结构和符号晶闸管由三个PN结和四层半导体材料组成。晶闸管的三个电极分别为阳极（A）、阴极（K）、控制极（G）。三个PN结分别为J1、J2和J3。晶闸管的符号与二极管相似，只是在其阴极处增加一个控制极，表明其导通的条件除了和二极管一样需要正向偏置的电压外，还需另外增加一个条件，那就是要有控制信号。二、晶闸管的工作原理晶闸管可以理解为一个受控制的二

2、极管，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。晶闸管工作原理可用如图所示的实验电路验证。图（a）所示为晶闸管反向偏置情况，无论是否给控制极加电压，都无法使晶闸管导通，灯泡不发光。图（b）所示为晶闸管加正向偏置电压，阳极A接高电位，阴极K接低电位，但控制极G没有接任何电压，晶闸管仍然处于关断状态，串联的灯泡不发光。图（c）所示为晶闸管加正向偏置电压的基础上，给控制极G加一个幅度和一个宽度都足够大的正电压，此时晶

3、闸管导通，串联的灯泡发光。图（d）所示为晶闸管导通后，若去掉控制极的电压，晶闸管仍然能保持导通状态，灯泡仍然发光。综上所述，要使晶闸管由阻断状态变为导通状态，必须在晶闸管上加正向电压的同时，在控制极上加适当的正向触发电压，这样才能使晶闸管导通，一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。要注意的是，晶闸管导通后若阳极电流小于某一个很小的电流IH(称为维持电流)时，晶闸管也会由导通变为截止，一旦晶闸管截止，必须重新触发才能再次导通。三、晶闸管的主要参数1额定正向平均电流IF 2正向平均管压降VF 3维持电流IH 4最小触发电压VG四、晶闸管的型号及规格 五、晶闸管整流电路可控整流电路是利用晶闸管的单

4、向导电可控特性，把交流电变成大小能控制的直流电的电路，通常称为主电路。在单相可控整流电路中，最简单的是单相半波可控整流电路，应用最广泛的是单相桥式半控整流电路。1单相半波可控整流电路（1）电路结构把单相半波整流电路中的二极管换成晶闸管，即成为单相半波可控整流电路。（2）工作原理 接上电源，在电压v2正半周开始时，如果电路中a点为正，b点为负，对应在图（b）的角范围内。此时晶闸管T两端具有正向电压，但是由于晶闸管的控制极上没有触发电压vG，因此晶闸管不能导通。 经过角度后，在晶闸管的控制极上，加上触发电压vG。晶闸管T被触发导通，负载电阻中开始有电流通过，在负载两端出现电压vo 。在T导通期间，

5、晶闸管压降近似为零。 这角称为控制角（又称移相角），是晶闸管阳极从开始承受正向电压到出现触发电压vG之间的角度。改变角度，就能调节输出平均电压的大小。角的变化范围称为移相范围，通常要求移相范围越大越好。 经过时刻以后，v2进入负半周，此时电路a端为负，b端为正，晶闸管T两端承受反向电压而截止，所以io = 0，vo = 0。 在第二个周期出现时，重复以上过程。晶闸管导通的角度称为导通角，用表示。=-。 （3）输出平均电压当变压器次级电压为时，负载电阻RL上的直流平均电压可以用控制角表示，即 当= 0（=）时，晶闸管在正半周全导通，Vo = 0.45V2，输出电压最高，相当于不控二极管单相半波整

6、流电压。若=, Vo = 0， 这时= 0，晶闸管全关断。根据欧姆定律，负载电阻RL中的直流平均电流为 此电流即为通过晶闸管的平均电流。2单相桥式半控整流电路（1）电路组成baioT2D2vG主电路voRLD1v2T1触发电路3T1D1 T2D2 T1D1导通 导通 导通2oVovGv2ttt与单相桥式整流电路相比，只是其中两个桥臂中的二极管被晶闸管T1、T2所取代。(a)电路图 (b)波形图单相桥式半控整流电路与波形 （2）工作原理接上交流电源后，在变压器副边电压v2正半周时(a端为正，b端为负)，T1、D1处于正向电压作用下，当t=时，控制极引入的触发脉冲vG使T1导通，电流的通路为：aT1RLD1b，这时T2和D2均承受反向电压而阻断。在电源电压v2过零时，T1阻断，电流为零。同理在v2的负半周，a端为负，b端为正，T2、D2处于正向电压作用下，当t=+时，控制极引入的触发脉冲vG使T2导通，电流的通路为：bT2RLD2a，这时T1、D1承受反向电压而阻断。当v2由负值过零时，T2阻断。可见，无论v2在正或负半周内，流过负载RL的电流方向是相同的。输出电压平均值比单相半波可控整流的大一倍。即 当= 0时（=）晶闸管在半周内全导通，Vo = 0.9V2,输出电压最高,相当于不可控二极管单相桥式整流电压。若=, Vo = 0， 这时= 0，晶闸管全关断。根据欧姆